生态建筑的新材料在水池中的应用

魏明强 刘有录 张乐婷（西北民族大学，甘肃 兰州 730124）

依据国际上一些专家的观点，生态材料应该具备以下三个特点[2]。

1）先进性。即生态材料首先应该具有优良的使用性能，能为人类开拓更为广阔的活动范围和环境。

2）环境协调性。环境协调性表现在两个方面，即生态材料应该具有低的环境负荷和高的可再生循环性能。实际上，任何一种材料在其开发、生产、使用的过程中都会产生一定的环境负荷，生态材料一样具有环境负荷，不过其追求的是尽可能低的环境负荷。另一方面，作为一种资源，应当能够充分的循环再生。从某种意义上来说，高的再生循环率就是低环境负荷的一种表现。

3）舒适性。即使人类生活环境更加繁荣、舒适。

迄今为止的传统结构材料主要追求的是材料的使用性能，忽视了其他两种特性，尤其是环境协调性。而生态材料所追求的不仅仅是优异的使用性能，而且在材料的制造、使用、废弃直到再生的整个生命周期中，必须具有与生态环境的协调共存性。除此之外还要求材料具有舒适性，即综合具备上述三种特性的材料才是生态材料[4]-[6]。

1 PAL材料在设施建设中的应用

1）PAL材料的基本特征

PAL材料的原料是凹凸棒石（坡缕石）等层状硅酸盐，由于其海相（内陆咸湖）沉积的成因与生态环境条件原因，具有以下特征：

天然生态基质；一维天然纳米微粒物质；纳米级层、链、纤维状微观构造；富含以碘、硒、锌、铁为代表的动物体必需14种微量营养元素中的13种，而具营养性。

特别指出，由于凹凸棒石环境条件原因和成因而含硼，是植物必需的营养元素。

2）纳米级PAL材料的工程工艺特性

悬浮性（增稠性）；粘结性；一定的膨胀性；润滑性；可塑性；保水性（吸水性）；吸附性（物理、化学、离子交换吸附）；抗压强度及剪切；抗渗透；抗冻胀；稳定性。

纳米级PAL材料对环境友好，又具粘合性、吸附性、营养性、防水和防火性，可在水渠、水池和景观湖的建设中应用。PAL材料作为水渠、水池景观湖泊的防渗漏生态材料，既防渗漏，又具“透气不透水”的生态作用，使水渠、水泥和景观湖泊永远保持“活性”。PAL材料作为水渠、水池和景观湖泊污染的净化材料，自身为助凝剂，与其他絮凝剂组配作为生态性质的絮凝剂，保证存在于输水系统和相对静态湖泊的同质在受污染时，受到净化，始终维护着生态水系的洁净。

纳米级PAL材料是由凹凸棒石通过一系列工艺过程而得到的新材料。其中凹凸棒石黏土是指以凹凸棒石（Attapulgite）为主要组成成分的一种黏土矿物，凹凸棒石在矿物学分类上隶属于海泡石族，为一种晶质水合镁铝硅酸矿物。1862年俄国学者隆夫钦科夫最早于乌拉乐矿区的热液蚀变产物中发现了这一矿物，并将其命名为坡缕（Palygorskite）。法国学者拉巴朗特（J.D.Laporent）于1935年又在美国佐治亚州凹凸堡（Attapulays）和法国莫摩隆（Mormoriron）沉积岩中发现了此种矿物，并命名为凹凸棒石（Attapulgite）。习惯上人们将沉积成因的呈土状者称为凹凸棒石，将热液成因的呈绒状、纤维状称作坡缕石。具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状、纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、高盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，并具有一定的可塑性及粘结力，Bradley(1942年)提出了凹凸棒石理想晶体化学式：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。图1为晶体结构图，图2为电镜照片。

凹凸棒石具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。凹凸棒石呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中，颜色呈白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强。湿时具粘性和可塑性，干燥后收缩小，不大显裂纹，水浸泡崩散。悬浮遇电解质不絮凝沉淀。

图1 晶体结构图

图2 电镜照片

PAL材料对环境友好，又具粘合性、吸附性、营养性、防水和防火性，可在水渠、水池和景观湖的建设中应用。

（1）PAL材料作为水渠、水池景观湖泊的防渗漏生态材料，既防渗漏，又具“透气不透水”的生态作用，使水渠、水泥和景观湖泊永远保持“活性”。

（2）PAL材料作为水渠、水池和景观湖泊污染的净化材料，自身为助凝剂，与其他絮凝剂组配作为生态性质的絮凝剂，保证存在于输水系统和相对静态湖泊的同质在受污染时，受到净化，始终维护着生态水系的洁净。

2 现有水池的背景技术

目前的人工水池常用于游泳池、蓄水池、人工喷泉等等。根据其地形和土质条件可以修建在地上或地下，即分为开敝式和封闭式两大类，按形状特点又可分为圆形和矩形两种，因建筑材料不同可分为：砖池、浆砌石池、混凝土池等。本实用新型水池属于生态水池技术领域，具体涉及到低碳、环保、防渗，是保护水质的生态防漏水池。

现有技术的缺点：

1）防渗漏性差

水池的主体结构均为抗渗混凝土，往往还要结合柔性防水层来保证水池的抗渗性能，因此造成施工难度较大，由于施工现场操作、混凝土自身性质、施工工艺等方面稍有不当就会使混凝土的防水失败，即使采取了表面防水层等补救措施，水池也常有渗漏现象发生。

2）水质较差

混凝土水池的水体pH值偏高；混凝土水池的自净能力脆弱，一旦受到污染物的冲击，水质迅速恶化，甚至成为臭水汇集之地。

影响水体自净能力的因素有物理因素、化学因素、生物因素等。

物理因素：污染物质由于稀释、扩散、混合和沉淀等过程而降低浓度，此外还有水流方向、风向和风力、水温等影响因素。

化学因素；水中的化学物质通过氧化还原、酸碱反应、分解化合和吸附凝聚等化学或物理化学作用而降低浓度。胶体和悬浮物质微粒，吸附和凝聚水中污物，随水流移动或逐渐沉降。

生物因素：生物多样性较差，种群单一，水生植物种植分层不明显，造成富氧水体。

3）造价高

随着建筑原材料的涨价和人工费用的增加，建设成本越来越高。

3 使用生态建筑新材料的农脉水池及其做法

为了解决上述问题，提供一种生态防漏水池，以提高水池防渗漏性能，并达到改善水池中水体的水质和降低水池建造成本的目的。

农脉水池采用了PAL材料。

池底处理。池底防渗是最重要的一环，要严格施工质量。处理池底前先将池底原状土轻轻夯实，以防止底部发生不均匀沉陷。池底红胶泥厚30cm，PAL材料15cm，分三层铺筑，夯实整平，并要使池底和池壁胶泥连成一整体，且连接密实。

池底利用天然环保材料（红粘土和坡缕石）建造，降低造价，解决水池渗漏问题。特别在改善水质方面是其他水池无法比拟的，加入PAL生态材料（坡缕石材料制备）层后，在净化水质、消毒去味、土壤改良、吸附有害物质、有效改善水池中水体的水质、地下工程防渗漏等方面有重要的作用。

池壁处理。做好池壁防渗层，保证水池蓄水，避免漏水和防止坍塌，这是整个水池施工的重要环节。

胶泥棒嵌入泥土中与泥土连接更加紧密，胶泥棒和第一胶泥层的材料相同，二者之间的结合力也很好，第一胶泥层和第二胶泥层连为一体，进一步提高了材料的防渗漏性能。

根据大量实验，胶泥棒优选长度为9-12厘米。

为了提高水池侧壁与泥土本身的结合力又保证胶泥棒与第一胶泥层的结合力，所述胶泥棒露出泥土表面部分的长度优选为3-4厘米。

为了提高水池侧壁的强度，相邻两胶泥棒之间的间距为0.15～0.30米。

为了兼顾成本和强度，把多层胶泥黏在一起。胶泥层的厚度优选为30-50厘米，所述天然生态PAL材料层（由坡缕石材料制备）的厚度为15-20厘米。

注明：

1）PAL材料原材料的成因为沉积半封闭盐湖型。由于古环境生态化特征使其在基质和属性上，体现出禀赋性生态特征和生态性能的特点。

2）PAL材料生产对资源的利用率100%。

3）坡缕石俗称凹凸棒石，是制备PAL材料的原材料。在甘肃的蕴藏量极为丰富，占世界蕴藏量79%。

[1]周尧和,孙宝德,李天晓,许振明.材料科学的一个新生长点—生态材料学[J].上海交通大学学报,2001,(3).

[2]日本生态材料行业考察暨2008年绿色建筑住宅部品国际展览会[J].中国建材科技,2008,(4).

[4]日本生态材料行业考察暨2008年绿色建筑住宅部品国际展览会[J].中国建材科技,2008,(4).

[5]刘炜,唐国安.生态建筑与生态建材[J].中外建筑,2004,(5).

[6]洪紫萍.生态材料学的内涵探讨[J].浙江大学学报(理学版),2000,(4).